GIS在土地整治項(xiàng)目規(guī)劃布局中的應(yīng)用

舒 琳，郭 熙，周弼農(nóng)，王芳東，賴玉瑩，夏 昆，趙小敏，3

（1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)研究所，江西 南昌 330045；2.江西省土地開發(fā)整理中心，江西 南昌 330002；3.南昌師范高等專科學(xué)校，江西 南昌 330029）

隨著GIS 的迅速發(fā)展和廣泛使用，目前GIS 已成為土地整治項(xiàng)目規(guī)劃布局中的一個(gè)重要工具。本文主要介紹土地整治規(guī)劃項(xiàng)目中的項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃布局，及GIS 技術(shù)在田塊平整工程，農(nóng)田水利工程和田間道路工程中的應(yīng)用，借助GIS 的數(shù)字地面模型、空間插值、空間疊加等分析技術(shù)，可清楚、直觀地了解整治項(xiàng)目區(qū)的概況，便于從整體角度進(jìn)行布局，為高質(zhì)量、高效率、高水平地完成土地整治規(guī)劃提供可靠保障。

1 土地整治項(xiàng)目規(guī)劃布局的內(nèi)容與方法

1.1 項(xiàng)目規(guī)劃布局的內(nèi)容

土地整治項(xiàng)目規(guī)劃布局的內(nèi)容包括兩方面：一是調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和土地利用布局。其中土地利用結(jié)構(gòu)是指各類用地之間的面積比例，而土地利用布局是指在各個(gè)項(xiàng)目區(qū)確定與其對(duì)應(yīng)的土地利用最優(yōu)方式和空間定位。二是規(guī)劃工程總體布局、建設(shè)內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)[1]。

通過典型案例的規(guī)劃設(shè)計(jì)，分析闡述工程布局中的田塊平整工程、農(nóng)田水利工程及田間道路工程，得到項(xiàng)目區(qū)總體布局圖。選用的典型案例為江西省贛縣韓坊鄉(xiāng)梅街村土地整治項(xiàng)目片區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1.2 GIS 在土地整治項(xiàng)目規(guī)劃布局中的應(yīng)用

GIS 中的制圖功能是其最基本的功能，也是土地整治中制圖應(yīng)用最普遍的工具。土地整治中大部分成果與數(shù)據(jù)如土地整治項(xiàng)目現(xiàn)狀圖、整治規(guī)劃圖等，都要以圖形方式表示[2]。因此，GIS 中對(duì)各種圖形、屬性數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)一體化管理，精確計(jì)算各種屬性數(shù)量關(guān)系，如田塊面積、農(nóng)田水利及道路設(shè)施長度，可實(shí)現(xiàn)土地管理規(guī)劃及相關(guān)工程完成后各種數(shù)據(jù)的及時(shí)更新和不同部門之間的資源共享，提高土地整治規(guī)劃管理的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和透明性，減少土地整治規(guī)劃實(shí)施中的人為干預(yù)因素，提高監(jiān)管水平[3]。

在GIS 技術(shù)支持下，對(duì)項(xiàng)目區(qū)土地現(xiàn)狀圖進(jìn)行矢量化，對(duì)已矢量化的土地現(xiàn)狀圖進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換、誤差校正、拓?fù)渲亟?、形成區(qū)文件，然后利用GIS 軟件的屬性統(tǒng)計(jì)功能對(duì)地類面積、已有道路水利設(shè)施長度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[4]?；贕IS 對(duì)土地利用現(xiàn)狀圖及地形圖進(jìn)行疊加，確定項(xiàng)目區(qū)的范圍及規(guī)模，然后根據(jù)土地利用總體規(guī)劃對(duì)整治項(xiàng)目區(qū)田塊平整、農(nóng)田水利、田間道路等進(jìn)行規(guī)劃。

2 土地整治項(xiàng)目區(qū)基本情況

2.1 項(xiàng)目區(qū)概況

贛縣韓坊鄉(xiāng)梅街村土地整治項(xiàng)目屬于“2010年江西省整體推進(jìn)農(nóng)村土地整治示范項(xiàng)目”中的贛縣的子項(xiàng)目之一，項(xiàng)目區(qū)涉及韓坊鄉(xiāng)的韓坊村、逕里村、梅街村等3 個(gè)行政村，位于東經(jīng)115°6′10″～115°9′35″之間，北緯25°29′10″～25°30′33″之間；項(xiàng)目區(qū)為典型丘陵地貌。建設(shè)規(guī)模為265.99 hm2，新增耕地8.67 hm2，新增耕地率為3.26%。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位置圖

項(xiàng)目區(qū)主要為基本農(nóng)田，該項(xiàng)目主要通過土地整治平整土地，改良土壤與農(nóng)田水利建設(shè)，改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)利用。

2.2 項(xiàng)目區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施條件

（1）道路交通設(shè)施。項(xiàng)目區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)通達(dá)，村村通道路，但村組內(nèi)機(jī)耕道不健全，不便于機(jī)械化作業(yè)，農(nóng)田間生產(chǎn)路縱橫交錯(cuò)，路面寬窄不一。有些村組雖有機(jī)耕道相接，但質(zhì)量差，雨天無法通行，導(dǎo)致村莊之間的交通聯(lián)系不便。

（2）灌溉與排水設(shè)施。項(xiàng)目區(qū)的天獅河上的沙陂水電站陂壩是本項(xiàng)目的主要灌排骨干設(shè)施，能夠滿足項(xiàng)目區(qū)正常年份灌溉引水和排澇。另外，區(qū)內(nèi)分布著眾多山塘，能對(duì)項(xiàng)目區(qū)的灌水適時(shí)起到補(bǔ)缺的作用。本次設(shè)計(jì)保留原有渠道，在其基礎(chǔ)上新建部分溝渠和道路，完善道路和溝渠系統(tǒng)。

（3）電力設(shè)施。境內(nèi)電力充足，“京九”、贛興、贛于高壓輸電線路交匯成強(qiáng)大的電網(wǎng)，“京九”光纜、江撫光纜、江龍光纜在江口鎮(zhèn)建立中樞站，所以本項(xiàng)目區(qū)建設(shè)的用電需要完全能夠得到滿足。

2.3 土地利用限制因素分析

項(xiàng)目區(qū)土地限制因素：一是農(nóng)田基本建設(shè)不配套，農(nóng)田水利設(shè)施不配套，年久失修，灌溉、排水系統(tǒng)不統(tǒng)一，溝渠、道路布局散亂，且溝渠多為土質(zhì)，排灌不暢；二是耕地質(zhì)量差，土壤養(yǎng)分含量有待提高，糧食產(chǎn)量一般，農(nóng)業(yè)種植成本相對(duì)偏高，農(nóng)民從事農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)其他產(chǎn)業(yè)差，影響農(nóng)民生產(chǎn)積極性；三是土地利用結(jié)構(gòu)和布局不盡合理，部分農(nóng)戶搬遷后，遺留的舊村莊廢棄地較多，土地浪費(fèi)較多；四是耕地集約利用和產(chǎn)出率較低，經(jīng)營規(guī)模小，分散；五是當(dāng)?shù)卣娃r(nóng)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力有限，資金短缺，項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)投入明顯不足，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長期在低水平、低效益狀態(tài)下運(yùn)行，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的改造資金供需矛盾突出。

3 工程布局方案及建設(shè)內(nèi)容

3.1 土地平整工程

土地平整工程是土地開發(fā)整治工程建設(shè)的重要組成部分，也是進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)和農(nóng)田水利、道路等基本建設(shè)的實(shí)施基礎(chǔ)[5]。其目的是通過土地平整以便于機(jī)械化耕作，發(fā)揮機(jī)械效率，提高機(jī)耕質(zhì)量，方便均勻灌水，利于排灌、改良土壤等，以滿足作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)水分及土質(zhì)的需要。土地平整工程的基本單元是標(biāo)準(zhǔn)田塊——即由田間灌排渠系、道路、林帶等固定工程設(shè)施所圍成的地塊，它是進(jìn)行田間耕作、管理與建設(shè)的基本單位[6]。

3.1.1 土地平整技術(shù)路線 土地平整技術(shù)路線如圖2 所示。首先獲取土地整治項(xiàng)目區(qū)相關(guān)圖形、圖像、表格和文字?jǐn)?shù)據(jù)，然后進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)（主要指地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖、土地利用總體規(guī)劃圖、村鎮(zhèn)規(guī)劃圖）矢量化處理和遙感影像數(shù)據(jù)的判讀、解譯及表格、文字?jǐn)?shù)據(jù)的錄入，并按照GIS 數(shù)據(jù)庫建立的要求進(jìn)行編輯和處理，最后運(yùn)用地理信息系統(tǒng)（GIS）中的3D 分析模塊，對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理[7]。

圖2 土地平整技術(shù)路線圖

田塊高程分析見圖3。首先根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的等高線和高程點(diǎn)，運(yùn)用ArcGIS 的3D 分析模塊生成項(xiàng)目區(qū)的DEM。然后根據(jù)不同高程生成高程分級(jí)圖，參考項(xiàng)目區(qū)的土地利用現(xiàn)狀道路和溝渠，劃分農(nóng)田田塊，盡量避免同一田塊跨越不同的高程級(jí)別。第二是在DEM 的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS 的水文分析模塊，對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行水分析，劃分與田塊大小相當(dāng)?shù)男×饔騾^(qū)，每一小流域區(qū)都有相同的水方向，以此為參考，確定每個(gè)田塊的灌排水方向和種植方向。

圖3 田塊高程分析圖

3.1.2 土地平整分區(qū) 耕作田塊的大小直接影響田間道路和農(nóng)田水利工程的布局?？紤]到項(xiàng)目區(qū)地形地勢(shì)，降雨量大，地塊零碎，據(jù)《土地開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》和《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》，土地平整采取整體與局部平整相結(jié)合的方式，滿足灌溉的要求，盡量保持平整單元內(nèi)的挖填方平衡，以減少運(yùn)土工程量[8]。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)坡度分布的實(shí)際情況，把項(xiàng)目區(qū)田塊規(guī)劃大小為60～100 m×10～40 m，每塊田塊農(nóng)民可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐母髁?xí)慣進(jìn)行小部分分割，對(duì)地形有一定起伏的田塊或邊角田塊，按因地制宜的原則，田塊可布置的較小一點(diǎn)。

項(xiàng)目區(qū)田塊布局基本符合規(guī)劃原則，在GIS 技術(shù)處理的基礎(chǔ)上，田塊布局趨于合理，如圖4 所示。

圖4 韓坊鄉(xiāng)梅街村土地整治規(guī)劃布局圖

3.2 農(nóng)田水利工程

農(nóng)田水利工程是土地項(xiàng)目規(guī)劃的重要組成部分，一般指在對(duì)洪、澇、旱等進(jìn)行綜合治理和合理利用水資源的原則下，對(duì)水土資源、灌排渠系及其建（構(gòu)）筑物等進(jìn)行的統(tǒng)籌安排。

在進(jìn)行農(nóng)田水利工程規(guī)劃時(shí)，不僅要考慮灌溉水源、灌溉渠系布置、排水溝系布置及容瀉區(qū)等灌排本身因素，還要避免溝渠之間的交叉，溝渠與道路的交叉以及水工建（構(gòu)）筑物與道路等工程的交叉問題，做到既經(jīng)濟(jì)，又合理。

3.2.1 灌溉水源選擇 項(xiàng)目區(qū)年降水量平均為1 476.7 mm，雨量充沛，可利用淡水資源較為豐富，為項(xiàng)目區(qū)的農(nóng)作物種植提供了良好的條件。項(xiàng)目區(qū)中部的天獅河上的沙陂水電站陂壩，能夠滿足項(xiàng)目區(qū)正常年份灌溉引水和排澇。另外，區(qū)內(nèi)分布著眾多山塘，能對(duì)項(xiàng)目區(qū)的灌排適時(shí)起到調(diào)盈補(bǔ)缺的作用。根據(jù)前述灌溉水源分析，本區(qū)降雨、過境水量完全能夠滿足項(xiàng)目區(qū)灌溉期用水需要。

3.2.2 灌排布局 （1）灌排布局的原則和思路。項(xiàng)目區(qū)為丘陵地區(qū)，地形較為復(fù)雜。灌排渠系的布局上，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形起伏的特點(diǎn)，仍遵循現(xiàn)有的灌排渠系布局。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形地貌及水源狀況，灌溉工程整體布局采取自流灌溉的方式，排水?dāng)M采取自流排水的方式。

（2）項(xiàng)目區(qū)灌排布局。灌溉系統(tǒng)：項(xiàng)目區(qū)的天獅河上的沙陂水電站陂壩。

排水系統(tǒng)：項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的天獅河和溪流為項(xiàng)目區(qū)的主要排水通道，通過對(duì)項(xiàng)目區(qū)原有排水溝進(jìn)行清淤以及新建斗、農(nóng)兩級(jí)排水溝（灌排兩用農(nóng)渠），灌排兩用農(nóng)渠把水排往斗溝，再由斗溝排出項(xiàng)目區(qū)。運(yùn)用ARCGIS 軟件，將地形圖，土地利用現(xiàn)狀圖，遙感影像圖進(jìn)行疊加，分析項(xiàng)目區(qū)地形特征，運(yùn)用GIS 中統(tǒng)計(jì)功能，計(jì)算新建溝渠的長度，確定新建溝渠的具體位置。根據(jù)每個(gè)田塊的設(shè)計(jì)高程，在田塊的中心點(diǎn)處生成一個(gè)高程點(diǎn)。先由這些高程點(diǎn)生成項(xiàng)目區(qū)的DEM[9]，再利用水文分析模塊，分析田塊平整后項(xiàng)目區(qū)的水流方向，以此為參考，設(shè)計(jì)項(xiàng)目區(qū)排水溝的排水流向。最后得到新建斗渠三條，均為Ⅱ型斗渠；新建農(nóng)溝渠14 條，均為排灌兩用Ⅱ型農(nóng)渠，如圖4 所示。

3.3 田間道路工程

3.3.1 田間道路工程標(biāo)準(zhǔn) 道路工程主要是在修整原有道路基礎(chǔ)上，配合溝渠規(guī)劃布局，新建田間道和生產(chǎn)路，方便農(nóng)民生產(chǎn)和生活。項(xiàng)目區(qū)道路工程規(guī)劃分為田間道和生產(chǎn)路。規(guī)劃道路標(biāo)準(zhǔn)如下。一級(jí)田間道：路寬4 m，高出地面0.5 m，路面鋪設(shè)20 cm 沙礫石，采磚路肩；二級(jí)田間道：路寬3 m，高出地面0.5 m，路面鋪設(shè)20 cm 沙礫石，采磚路肩；生產(chǎn)路：路寬2.0 米，高出地面0.3 m，采用素土夯實(shí)。

3.3.2 田間道路在布局中應(yīng)注意事項(xiàng) （1）盡量利用已有的等級(jí)公路或鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路。（2）設(shè)計(jì)的路面寬度滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械作業(yè)和出行的要求。（3）保證項(xiàng)目區(qū)的機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸和當(dāng)?shù)氐姆篮榕艥彻ぷ黜樌_展。（4）要節(jié)約土地，提高土地利用率。道路工程規(guī)劃時(shí)，盡量“路行田塊間，田在路兩邊”，節(jié)約道路用地。道路路基與路面，可“就地取材”，利用當(dāng)?shù)氐氖?、土材，或者砂礫石作道路墊層或路面。

3.3.3 具體操作步驟 運(yùn)用ARCGIS 軟件，將地形圖，土地利用現(xiàn)狀圖，遙感影像圖進(jìn)行疊加，分析項(xiàng)目區(qū)地形特征，運(yùn)用GIS 中統(tǒng)計(jì)功能，計(jì)算新建田間道路和新建生產(chǎn)路的長度，確定新建田間道路和新建生產(chǎn)路的具體位置。（1）利用DEM 生成等高線；（2）根據(jù)道路縱向坡度的要求進(jìn)行選線，并對(duì)線路進(jìn)行擬合；（3）內(nèi)插出道路起始點(diǎn)的地面高程，找出道路中軸線與等高線的交點(diǎn)，利用軟件生成道路中軸線的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件；（4）確定橫斷面的間距和橫斷面上量取地面高程的間距，利用DEM 獲取各橫斷面地面線；（5）根據(jù)各橫斷面中心樁的設(shè)計(jì)高程和坡降要求繪制縱橫斷面圖，并計(jì)算開挖石方工程量。

因此在項(xiàng)目區(qū)中新建田間道有3 條，1 條二級(jí)Ⅱ型田間道，2 兩條二級(jí)Ⅰ型田間道；新建生產(chǎn)路有11條，8 條Ⅱ型生產(chǎn)路，3 條Ⅰ型生產(chǎn)路，如圖4 所示。

3.4 項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃布局圖

根據(jù)上述布局步驟，綜合3 個(gè)工程布局方案，可以得到整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的整治規(guī)劃布局圖，見圖4。

4 結(jié)論與討論

（1）運(yùn)用GIS 技術(shù)進(jìn)行土地整治規(guī)劃布局設(shè)計(jì)，對(duì)韓坊鄉(xiāng)梅街村的項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行規(guī)劃布局，通過土地平整工程、農(nóng)田水利工程、田間道路工程，運(yùn)用GIS 技術(shù)設(shè)計(jì)田塊和溝渠，使得田塊、溝渠布局較合理，得到項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃布局圖。實(shí)現(xiàn)了土地整治的一個(gè)目標(biāo)：增加有效耕地面積，提高土地利用率。土地整治規(guī)劃布局在與GIS 相結(jié)合應(yīng)用時(shí)，大大降低了整治的難度，同時(shí)提高了布局的準(zhǔn)確性。

（2）在這里運(yùn)用了GIS 技術(shù)得到了韓坊鄉(xiāng)梅街村規(guī)劃布局設(shè)計(jì)圖，這只是一個(gè)初步的設(shè)計(jì)布局，其規(guī)劃布局是否合理還有待進(jìn)一步分析，尤其是要對(duì)溝渠通暢性進(jìn)行分析，將會(huì)在今后的研究中完善，使GIS 在平面規(guī)劃設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。

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